Строение белковых молекул

Белки (протеины) составляют 50% от сухой массы живых организмов.

Белки состоят из аминокислот. У каждой аминокислоты есть аминогруппа и кислотная (карбоксильная) группа, при взаимодействии которых получается пептидная связь, поэтому белки еще называют полипептидами.

Структуры белка

Первичная – цепочка из аминокислот, связанных пептидной связью (сильной, ковалентной). Чередуя 20 аминокислот в разном порядке, можно получать миллионы разных белков. Если поменять в цепочке хотя бы одну аминокислоту, строение и функции белка изменятся, поэтому первичная структура считается самой главной в белке.

Вторичная – спираль. Удерживается водородными связями (слабыми).

Третичная – глобула (шарик). Четыре типа связей: дисульфидная (серный мостик) сильная, остальные три (ионные, гидрофобные, водородные) – слабые. Форма глобулы у каждого белка своя, от нее зависят функции. При денатурации форма глобулы меняется, и это сказывается на работе белка.

Четвертичная – имеется не у всех белков. Состоит из нескольких глобул, соединенных между собой теми же связями, что и в третичной структуре. (Например, гемоглобин.)

Денатурация

Это изменение формы глобулы белка, вызванное внешними воздействиями (температура, кислотность, соленость, присоединение других веществ и т.п.)

Если воздействия на белок слабые (изменение температуры на 1°), то происходит обратимая денатурация.

Если воздействие сильное (100°), то денатурация необратимая. При этом разрушаются все структуры, кроме первичной.

Функции белков

Их очень много, например:

Ферментативная (каталитическая) – белки-ферменты ускоряют химические реакции.

Строительная (структурная) – клетка, если не считать воду, состоит в основном из белков.

Защитная – антитела борются с возбудителями болезней (иммунитет).

2. Углеводы – главный источник энергии организма.

Углеводы представляют собой макронутриенты, которые являются основной частью пищевого рациона человека.

Молекулы всех углеводов состоят из атомов углерода, кислорода и водорода. Углеводы пищи делятся на простые углеводы (сахара) и сложные углеводы (полисахариды).

Простые углеводы (сахара).

Молекулы простых сахаров состоят из неразветвленных углерод-углеродных цепей с различным числом атомов углерода. В пищевых продуктах наиболее широко представлены глюкоза, фруктоза и галактоза.

Глюкоза (виноградный сахар) содержится во многих фруктах, ягодах, меде, зеленых частях растений. Глюкоза входит в состав сахарозы, крахмала, клетчатки, высокомолекулярного полисахарида инулина.

Фруктоза (фруктовый сахар, левулеза) содержится в меде, фруктах, ягодах, семенах некоторых растений.

Галактоза - единственный моносахарид животного происхождения входит в состав лактозы (молочного сахара).

Наибольшее значение для питания человека имеют дисахариды - сахароза, лактоза и мальтоза. В состав молекулы каждого из этих дисахаридов входит глюкоза, вторым сахаром может быть глюкоза, галактоза или фруктоза.

Сахароза (тростниковый или свекловичный сахар) состоит из глюкозы и фруктозы.

Мальтоза (солодковый сахар) состоит из двух остатков глюкозы, является основным структурным компонентом крахмала и гликогена.

Лактоза (молочный сахар) состоит из глюкозы и галактозы, в свободном виде присутствует в молоке всех млекопитающих.

Сложные углеводы (полисахариды) делятся на усваиваемые (крахмальные) полисахариды и неусваиваемые (некрахмальные) полисахариды.

Усваиваемые (крахмальные) полисахариды представлены в основном крахмалом и гликогеном.

Крахмал - основной резервный полисахарид растений состоит из амилозы и разветвленного амилопектина; накапливается в виде крахмальных зерен в клетках луковиц, клубней, корневищ, семян растений.

Гликоген - разветвленный полисахарид, молекулы которого построены из остатков глюкозы, представляет собой быстро реализуемый резерв живых организмов.

Клетчатка (целлюлоза) - самый распространенный в природе некрахмальный полисахарид. Клетчатка входит в состав клеточных стенок всех растений, служит опорным материалом и придает им прочность. Клетчатка не растворима в воде, но может связывать значительное количество воды (до 0,4 г воды на 1 г клетчатки).

Углеводы в пищевых продуктах и в организме человека

Основная функция углеводов - обеспечение энергетических затрат организма (на углеводы приходится от 55 до 75 % калорийности пищи).

Количество и состав углеводных компонентов пищи очень важны для поддержания здоровья. Средний уровень углеводов в пищевом рационе людей составляет около 60 %.

Среднестатистический здоровый человек должен потреблять в сутки от 350 до 500 г углеводов, для людей с усиленной физической или умственной нагрузкой потребление углеводов может увеличиваться до 700 г и выше. Более половины углеводов поступает в организм с зерновыми продуктами, около четверти - с сахаром и сахаросодержащими продуктами, с овощами от 10 до 15 %, с фруктами от 5 до 10 %.

В растительных продуктах содержатся как простые углеводы (сахара), так и полисахариды - крахмал, гликоген и пищевые волокна. По мере созревания во фруктах увеличивается количество простых сахаров, а содержание крахмала уменьшается. Поэтому зрелые фрукты становятся более сладкими.

При попадании в организм человека переваривание и усвоение углеводов происходит с разной скоростью. Это связано с тем, что для утилизации их организмом все углеводы должны быть гидролизованы ферментами пищеварительного тракта до простых сахаров.

Простые сахара - глюкоза и фруктоза усваиваются быстро и легко.

Дисахариды - сахароза, лактоза, мальтоза усваиваются медленнее, т.к. предварительно должны быть гидролизованы до простых сахаров. Лактоза - наиболее важный углевод в питании новорожденных и детей младшего возраста.

Крахмал и гликоген до усвоения проходят еще более долгий путь гидролиза до глюкозы. Больше всего крахмала содержится в хлебопродуктах, семенах бобовых растений, картофеле. Наибольшей пищевой ценностью обладают альдозы (глюкоза, галактоза, манноза, ксилоза) и кетозы (фруктоза). Потребление глюкозы и фруктозы - двух наиболее распространенных в природе моносахаридов - достигает 20 % общего потребления углеводов.

Для оценки пищевой ценности углеводов используется гликемический индекс. Эта расчетная величина отражает способность поступивших в организм углеводов повышать уровень глюкозы в крови. Наиболее высокий гликемический индекс характерен для чистой глюкозы и мальтозы, а также для углеводов, содержащихся в картофеле, моркови, меде, кукурузных хлопьях, пшеничном хлебе.

Еще одной характеристикой углеводов является их сладость. В наибольшей мере сладкий вкус присущ фруктозе и глюкозе, сахарозе, некоторым сахароспиртам (мальтитол, маннит, сорбит). Искусственные заменители сахара (сахарин, аспартам) по "сладости" в сотни раз превосходят натуральные углеводы. Поэтому заменители сахара используют в тех случаях, когда необходимо придать продуктам сладкий вкус, не увеличивая их калорийность.

Пищевые волокна - целлюлоза, пектин, гемицеллюлоза организмом не усваиваются, но частично расщепляются подвлияниям ферментов, вырабатываемых микрофлорой толстого кишечника.

Переваривание углеводов начинается в ротовой полости, где амилаза слюны частично расщепляет крахмал. Дисахариды расщепляются до глюкозы ферментами сахаразой, лактазой и мальтазой. После всасывания в кровь моносахара поступают в печень, где фруктоза и галактоза превращаются в глюкозу.

Глюкоза является основным источником энергии для мышц, нервной системы и других тканей. Энергия выделяется при окислении глюкозы. Если содержание глюкозы превышает уровень, необходимый для получения нужного количества энергии, то происходит ее резервирование в виде гликогена. Запасы гликогена в мышцах и печени человека могут достигать от 300 до 400 г.

Когда запасы гликогена достигают максимального уровня, из глюкозы синтезируются жиры, которые откладываются в жировых клетках. При повышении энергетических затрат гликоген снова превращается в глюкозу.

Хотя среднесуточное поступление глюкозы в чистом виде в организм человека относительно невелико (от 15 до 18 г), много глюкозы поступает в связанном виде - в составе дисахаридов, крахмала. Для выполнения своих функций центральная нервная система расходует около 140 г глюкозы за сутки, эритроциты крови - 40 г, мышечная ткань расходует глюкозу также в больших количествах, в зависимости от выполняемой физической работы.

При недостатке углеводов в организме появляются слабость, головокружение, головная боль, чувство голода, сонливость, потливость, дрожь в руках.

Избыточное (превышающее энергетические потребности организма) потребление углеводов также приводит к нежелательным последствиям. "Лишняя" глюкоза превращается в жир, что приводит к увеличению массы тела.

Что касается не усваиваемых пищевых волокон, то, помимо их исключительной роли для процессов пищеварения, очень важна способность выводить из организма токсические вещества. Так, одним из важнейших свойств пектиновых веществ является образование молекулами пектина комплексов с ионами тяжелых металлов и радионуклидов. Поэтому дополнительные количества пектина рекомендуется включать в рацион питания лиц, контактирующих с соединениями тяжелых металлов или находящихся в среде, загрязненной радионуклидами.

Лигнины способны связывать соли желчной кислоты и другие органические вещества. Это детоксицирующее свойство позволяет использовать их в программах комплексной профилактики нарушений жирового обмена, атеросклероза, сахарного диабета, желчнокаменной болезни.